华莱士基于自己的观察，独立地形成了许多和达尔文一样的进化思想。有些科学家也强烈地表示反感。英国牛津大学的著名地质学家欧文（Richard Owens，1804—1892）和美国哈佛大学的阿加西斯（Louis Agassiz，1807—1873）就是科学阵营中最强烈的反对者。阿加西斯是一位声誉卓著、知识渊博的博物学家，尤擅长于学术普及。他坚持认为，地球上的有机体是通过造物主的一系列创造过程而形成的。根据这一观点，有机体随着时间的流逝变得越来越复杂，并且越来越适应其环境，这正是一系列超自然创造的结果。
塞治威克（Adam Sedgwiek，1785—1873）是剑桥大学的保守派地质学家，他是达尔文学说的又一位反对者。1865年在提及他的同事莱伊尔时说道：
“莱伊尔会容纳整个（进化）理论，对此我毫不奇怪，因为没有它，他所解释的地质学要义就会没法成立。……他们可以按他们的意愿来修饰它，但是这种变异理论，十之八九，会以十足的唯物主义告终。”
如果一个物种是从另一个物种演变而来，对于大多数人来说，它就会引出这一令人不安的观点，亦即人类必然是从非人类的祖先演变而来，尽管达尔文在他的书中竭力避免这一说法。
赫胥黎：进化论和达尔文自然选择理论的捍卫者。争论变得越来越激烈。讽刺达尔文类似于猿的漫画出现在报纸上。论文和讲演在各处涌现。达尔文一直沉浸于女儿安妮的不幸夭折所带来的悲痛之中，自己又在生病，而争论使他的病情更为加重。他无论如何也没有心情卷入论战之中。就在这时，赫胥黎（Thomas Henry Huxley，1825—1895）出现了，在饶有兴致地读过《物种起源》（他扪心自问：我为什么没有想到这些？）之后，他挺身而出，完全站在达尔文一边。他自称为“达尔文的斗犬”（赫胥黎热衷于激烈的辩论），无论何时何地，只要可能，他就热忱地对进化问题进行辩论。
在英国科学促进协会发起的一场声势浩大的辩论会上，在700位听众面前，赫胥黎遇到了牛津的主教威尔伯福斯（Samuel Wilberforce，1805—1873）（由于他的精于世故和伶牙俐齿，被人们称为“狡猾的萨姆”）。但是，威尔伯福斯，也许已受欧文所谓“事实”的影响，在维多利亚时代的听众们面前大丢面子，因为他不怀好意地问赫胥黎，他的父母谱系中，谁是猿的后代，父系还是母系？
赫胥黎知道自己可以出牌反击了。听众正等着一场表演，机灵的赫胥黎满足了这一愿望，他坦然回答，宁愿来自猿的后代，也不愿来自这样一位有教养的人，竟然在严肃的科学争论中引入这样一个问题。威尔伯福斯无言以对。
1863年，莱伊尔以《人类古老性的地质学证据》（Geological Evidence of the Antiquity of Man）一书加入这场论战。他站在达尔文主义这一边，尽管比他朋友所希望的还是有点软弱。他指出，人类或类人生物在地球表面必定已经生存了成千上万年。但是他没有公开说他相信变异，也没有说人就是从类猿生物演化而来。
1871年，达尔文出版了《人类的由来及性选择》（The Descent of Man，and Selection in Relation to Sex）一书，其中他通过相当多的研究证据，来支持人类源于动物的思想。他指出，人耳上残存的耳郭，其中有些肌肉显然是用于移动耳朵的。他还提到，脊柱底部的尾骨，是痕迹器官的又一例证，显然它是人种演变过程中的早期遗留产物。
在某些领域中，反对之声持续不断——萧伯纳（George Bernard Shaw，1856—1950）也在反对达尔文主义，他相信的是拉马克主义和某种神秘的生命力。直到1936年，威尔士（HerbertGeorge Wells，1866—1946）写作《槌球运动员》（Croquet Player），其中考察了有文化的英国贵族在面对“体内兽性”这一知识时所表现出的不安。但是大多数人在19世纪末都已改变立场，除非是那些反对者，因为他们把进化论看做是圣经创世故事的对立面。
更多的证据
然而，问题依然存在。一种变异性状，尽管极其成功，但作为一种新性状，当它遗传至下一代时，怎么才不会与那些不太成功的中间性状相互混合呢？自然选择怎样才会有机会作用于那些成功的变异性状呢？
一位来自于奥地利的、孤独的奥古斯丁派修道士，名叫孟德尔（Gregor Johann Mendel，1822—1884），于19世纪50年代和60年代在修道院的花园里，用豌豆进行杂交实验，从而获得证据。孟德尔发现，对于每一种性状，子代显然是从双亲那里均等地继承了遗传因子。重要的是，他发现这些因子不会混杂，而是保持独立，并且还可以互不混杂地传给以后各代。这就意味着，自然选择有更多的时间作用于一个性状中的任何变异。不幸的是，直到20世纪初，孟德尔的工作才被重新发现并广为人知。
进化论没有停滞不前，20世纪和21世纪的许多生物学家在达尔文和华莱士的原始理论基础上，又增加了有关突变和遗传机制方面的新知识。正在兴起的地球历史理论，对现代进化论也有贡献，包括古生物学家古尔德和艾尔德里奇（Niles Eldredge，1943—）最近提出的地球表面稳定期多次被极端变化所“中断”的思想。
1882年4月19日，达尔文在家中由于心脏病发作去世。他的抬棺者中，包括他的科学理论支持者：赫胥黎、华莱士、胡克和拉波克爵士。他和牛顿爵士及莱伊尔爵士一样，被安葬在威斯敏斯特教堂。然而，达尔文未能得到英国国王的授爵，伦敦的图索夫人蜡像博物馆也没有把他的塑像跟那个世纪其他伟人一起展出——可能是怕人故意破坏。因为这位安静守纪的人物，因其提出的自然规律而受到极大尊敬，在当时掀起的狂澜至今仍使某些人感到刺痛。他已经成为那个时代理性怀疑的象征——尽管这种怀疑决不是由他一手造就。达尔文的进化思想既不是全新的，也不是全面的，但由此引起的一场革命，却永远改变了人类对其自身以及在宇宙中所处位置的理解。
从宏观到微观：器官、细菌和细胞
在19世纪生命科学的历史中，进化论像一位巨人般赫然耸现，但是它并不是出现重要新发展的唯一研究领域。在法国，马让迪（Francois Magendie，1783—1855）和伯纳德（Claude Bernard，1813—1878）是实验生理学、药物学和营养学领域的先驱。在俄国巴甫洛夫（Ivan Pavlov，1849—1936）对大脑的功能取得了重要认识。巴斯德可以说是科学史中最重要的生物学家之一，他对传染病的机理有深刻洞见。施旺（Theodor Schwann，1810—1882）和施莱顿（Matthias Sehleiden，1804—1881）共同发现，对于活着的有机体来说，在分子水平之上，自然界还存在另一种基本模块——细胞。
实验生理学
能使科学得益的秉性，莫过于强烈的求知精神和对知识的热爱。但是，尽管马让迪开辟了许多研究方向，并在实验生理学某些重要领域处于领先地位，然而，由于他冷漠地对待整个实验过程，从而在当时引起了广泛的争议，今天对此的争议或许更激烈。他认识到，完备的知识往往来自直接观察活组织工作的情况，特别是对运动神经的实验，他做过很多活体实验（常常在狗身上），为此，反对活体解剖的人们对他表示强烈的愤慨。他的性格暴躁冷酷，他形容自己的行为是一场“实验的狂欢”。他还常常做些不必要的实验，这就越过了人们能容忍的底线，因而恶名远扬。
尽管他的方法缺少人性，不过马让迪确实通过扎实地增进知识，从而为科学带来了进步。他演示了脊神经的作用，表明脊髓的前神经根是运动神经（传达信息以激发运动），后神经根是感觉神经（向大脑传达有关感觉的信息）。他还研究了血液流动、吞咽和呕吐的机制。马让迪还把马钱子碱、吗啡、番木鳖碱、可待因和奎宁以及碘和溴的化合物引进医药实践。但是，他最出色的业绩却是把他对研究的酷爱传给了他的学生和助手，幸好他对研究对象的冷漠倒是没有影响他的学生和助手。
这些学生中间有一位名叫伯纳德，1847年成为马让迪的助手。1855年马让迪去世，伯纳德接替他担任教授。伯纳德是一位杰出的实验家，被公认为是实验生理学的奠基人。不同于马让迪，他仔细计划实验，使之组成一个整体，他对生理学的贡献影响深远。
伯纳德通过瘘管研究消化，这就是说，在胃壁上开一个小孔，以便观察消化的化学过程。他对体内化合物平衡尤感兴趣——他的有些同事倾向于引用生机论或神秘主义来解释，而他则总是客观地用生物化学来解释——他发现了胰腺在消化脂肪中的作用和肝的生糖功能。
与流行的意见相反，伯纳德证明动物血液中含糖，即便食物中不含糖。他发现，动物会把肝脏中的其他物质转变为葡萄糖或者糖原；他用实验方法追踪到了肝脏中糖原的存在，糖原是动物储存糖类的主要形式。他还发现了糖原的合成，这个过程名为肝糖生成。糖原分解为葡萄糖的过程则叫肝糖分解。（糖原储存在肝里，需要时才进入血流，以保持葡萄糖浓度。）
伯纳德还发现了某些神经（叫做血管收缩神经）如何控制血液流向皮肤的机制，当皮肤需要冷却时，促使毛细血管扩展；当身体需要保温时，则促使它们收缩。
在研究一氧化碳中毒机理时，伯纳德首次对麻醉剂带来的影响作出了生理学解释。他还认识到，由于一氧化碳代替了血液中的氧分子，身体不能迅速对此作出反应，从而因缺氧致死。
颇为遗憾的是，尽管伯纳德做得极为细致周到，但他的夫人还是憎恨他的活体解剖研究，两人经常为此争吵。她是反对活体解剖协会的主将，1869年两人合法分居。由于深陷于经济拮据、疾病缠身、家庭纠纷（他的两个女儿也反对他的工作）的困扰之中，伯纳德曾把科学生涯形容为是“只有穿过漫长阴暗的厨房，才能到达明亮华丽的大厅”。
法国科学院在三个不同的场合把生理学的大奖授予伯纳德，1869年他成为理事。他是第一位法国给予公开葬礼的科学家。
巴甫洛夫和大脑
对于早期的哲学家来说，大脑是理性灵魂之所在，只有人类才有理性灵魂，动植物则没有。在中世纪，学者认为，想象、推理、常识和记忆各占大脑四个腔室中的一个。
俄国生理学家巴甫洛夫关于条件反射的研究对生理心理学、教育和训练方法有广泛影响。文艺复兴带来了新的研究方法，解剖学揭示了动物（和人类）生理学中的许多奥秘。科学家还甚至研究大脑表面的沟回结构。但是直到17世纪，法国哲学家笛卡儿仍然不舍许多中世纪的思想，尽管他试图把牛顿的机械原理运用到生理学上。笛卡儿把大脑底部的松果腺当成是人类理性灵魂的所在地，他说，这里既可接受感觉信息，又可通过控制中空的神经里流动的动物精气对信息作出反应。理性灵魂就用这样的方式指导肌肉的运动。这就是最早对反射作用的一种初步解释。
人脑表面的沟回使许多解剖学家，其中包括17世纪英国的解剖学家韦利斯（ThomasWillis，1621—1675），认为不同的功能处于沟回中的不同区域。颅相学即由此而来，它在18世纪末被认为是“心灵科学”而颇为兴旺。颅相学者宣称，他们可以绘出一张大脑表面图，在图上标出特殊的区域，它们分别控制这些特性，诸如获得欲和破坏欲（在耳朵的上方），道德特性，诸如仁慈和灵性（在头顶附近），以及友谊（在大脑后部附近）之类的社会和家庭倾向。颅骨表面的隆起被认为与大脑不同区域的相对发达有关，颅相学者肯定，他们能够“读懂”这些隆起部分，并且由此分析个性和性格。到了19世纪40年代，人们大多拒绝承认颅相学是科学，尽管直到20世纪20年代，作为一门伪科学它还颇有市场。
